18.5. Ускорители

Ускорители частиц можно разделить на линейные и циклические.

В линейном ускорителе траекторией частицы является прямая линия. В циклическом ускорителе частицы движутся по окружности или по спирали. Рассмотрим принцип ускорения частиц в циклотроне. Он состоит из двух полых металлических полуцилиндров, которые называются дуантами (рис. 18.5.1). Дуанты находятся в магнитном поле, перпендикулярном плоскости чертежа и направленном к нам.

Между дуантами создается переменное электрическое поле. Пусть положительно заряженная частица находится в середине пространства между дуантами, когда электрическое поле максимально и его вектор напряженности направлен справа налево.

В электрическом поле частица движется с ускорением и попадает в левый дуант. В дуанте на частицу действует только магнитное поле. Траекторией движения частицы в магнитном поле является дуга окружности, двигаясь по которой частица выходит из дуанта. В этот момент разность потенциалов между дуантами меняет знак и частица проходит во второй дуант под действием электрического поля. Скорость частицы увеличилась за счет разности потенциалов в пространстве между дуантами, поэтому радиус траектории частицы во втором дуанте также увеличился

.

Время движения частицы в дуанте не изменяется, т.к. период движения частицы по окружности не зависит от скорости

. (18.5.1)

Из дуанта частица попадает в область между дуантами, где ее скорость опять возрастает в электрическом поле. Процесс повторяется многократно. Частица движется по спирали с возрастающей скоростью и вылетает из циклотрона.

Скорость частицы в циклотроне быстро возрастает до скоростей близких к скорости света, что сопровождается увеличением массы частицы

.

Период движения частицы пропорционален ее массе (18.5.1), поэтому он тоже возрастает и ускорение частицы может смениться торможением. Чтобы ускорять частицу и дальше, необходимо или увеличивать индукцию магнитного поля, что реализуется в синхротронах, или уменьшать частоту изменения электрического поля, что наблюдается в фазотронах.

В синхрофазотронах изменяют частоту электрического поля и индукцию магнитного поля.

Лекция 19 явление электромагнитной индукции

19.1. Опыты Фарадея

Явление электромагнитной индукции было открыто экспериментально выдающимся английским физиком М. Фарадеем (1791 - 1867) в 1831 г. Рассмотрим опыты Фарадея, в которых наблюдается явление электромагнитной индукции.

С оединим катушку с гальванометром. В этой цепи нет источника тока. При внесении полосового магнита в катушку стрелка гальванометра отклоняется, т.е. в цепи идет электрический ток (рис. 19.1.1). Чем быстрее движется магнит относительно катушки, тем больше сила тока в цепи. Если двигать катушку при неподвижном магните, в цепи так же возникает ток. Если магнит и катушка не подвижны относительно друг друга, электрический ток не появляется.

М агнит можно заменить электромагнитом (рис. 19.1.2), электрический ток опять регистрируется, если осуществляется относительное движение электромагнита и катушки.

Пусть на стальном стержне помещены две катушки (рис. 19.1.3). Одна из них соединена с источником тока и ключом, а вторая соединена с гальванометром. При замыкании или размыкании ключа в цепи второй катушки гальванометр регистрирует наличие тока в первой катушке. Если во второй катушке идет постоянный ток, то в первой катушке ток не появляется.

Из опытов Фарадея следует, что в замкнутом контуре возникает ток при изменении магнитного потока, сцепленного с контуром.